Fios altamente flexíveis e condutores desempenham um papel crucial na integração e aplicação de dispositivos vestíveis. No entanto, as tensões e deformações frequentes no uso prático são propensas a causar danos estruturais a esses fios, levando à falha de todo o módulo. Os fios autocuráveis ​​são capazes de recuperar as propriedades mecânicas e elétricas ao encontrarem danos estruturais, o que oferece uma solução promissora para esse problema.



No entanto, as aplicações práticas de fios autocuráveis ​​são dificultadas pela resistência elétrica altamente flutuante sob condições dinâmicas, como flexão, pressão, alongamento e tremor, o que reduz significativamente a precisão do monitoramento contínuo dos dispositivos vestíveis interconectados.

Para superar esses gargalos, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Hao Sun da Universidade Jiao Tong de Xangai desenvolveu uma nova família de fios autocuráveis ​​dinamicamente estáveis ​​com base no acoplamento mecânico-elétrico, que foi inspirado nas ligações de hidrogênio e nas forças de van der Waals. interação entre o núcleo do axônio e a camada de mielina no axônio mielinizado. A equipe empregou química supramolecular para melhorar a resistência à tração (35–73 MPa) dos fios autocuráveis, que mostraram boa combinação com fibras têxteis comuns (28–74 MPa).

Mais importante ainda, o efeito de acoplamento mecânico-elétrico baseado em hidrogênio e ligações de coordenação entre os componentes estruturais (polímero autocurável) e condutores (metal líquido GaInSn) melhoraram significativamente a estabilidade elétrica dos fios autocuráveis ​​sob vários ambientes dinâmicos. Por exemplo, a mudança de resistência desses fios autocuráveis ​​foi inferior a 0,7 ohms em uma alta tensão de 500%, e a resistência elétrica foi aumentada em menos de 5% sob várias condições dinâmicas, como flexão, prensagem, nó e lavagem. .

Esses fios são promissores para aplicações vestíveis devido às suas excelentes propriedades mecânicas, elétricas e dinâmicas. Por exemplo, uma plataforma integrada de cuidados de saúde poderia ser fabricada consistindo em temperatura, pulso e K ⁺ sensores, unidade microcontroladora, módulo Bluetooth e bateria de íons de lítio, que foram interconectados usando esses fios autocuráveis, que apresentaram flutuação insignificante de resistência elétrica de 3 a 4% sob martelamento, pressão e alongamento, mesmo após quebra e cura.

Além disso, permitiu um monitoramento estável e preciso das atividades humanas, mesmo no cenário de tremor de membros causado pela simulação da doença de Parkinson. Esses resultados mostraram a importância da alta estabilidade dinâmica dos fios autocuráveis, que garantiram a operação confiável dos dispositivos vestíveis interconectados.

"Precisamos de fios autocuráveis ​​que possam manter sua resistência elétrica sob condições dinâmicas, o que é fundamental para garantir a precisão e a confiabilidade dos dispositivos vestíveis interconectados em aplicações práticas. Em nossas tentativas de atingir esse objetivo, notamos que o sistema nervoso pode transmitem de forma confiável potenciais de ação neural mesmo sob deformações severas, o que nos inspira a propor o mecanismo de 'acoplamento mecânico-elétrico', com foco no aprimoramento da interação interfacial.

"Portanto, inovamos materiais poliméricos autocuráveis ​​por meio da química supramolecular para induzir uma forte interação com o metal líquido GaInSn, alcançando assim fios autocuráveis ​​dinamicamente estáveis ​​que beneficiam cenários práticos de uso", disse o Prof.

"Em uma perspectiva mais ampla, nosso 'acoplamento mecânico-elétrico' pode se tornar uma estratégia geral para melhorar a estabilidade dinâmica de vários materiais e dispositivos flexíveis e beneficiar uma variedade de aplicações, como cuidados de saúde vestíveis, robótica inteligente e eletrônica implantável."

Mais informações: Shuo Wang et al, Um fio autocurável dinamicamente estável baseado em acoplamento mecânico-elétrico, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae006
Fornecido pela Science China Press